不同灌溉和施肥方式对水稻效益及氮肥利用率的影响_李宇光.pdf

不同灌溉和施肥方式对水稻效益及氮肥利用率的影响李宇光1季美娣2许 峰2张秋艳1张 娜2刘建国3（1常州市武进区农业综合管理服务中心，江苏常州 213161；2常州市农业综合技术推广中心，江苏常州 213001；3常州大学环境科学与工程学院，江苏常州 213161）摘要为比较不同灌溉和施肥方式对水稻水分利用率、氮肥利用率、稻米品质和经济效益的影响，开展了不同灌溉方式（沟灌和水肥一体化）及施肥方式对水稻效益及氮肥利用率的影响试验，较为全面地分析了不同施肥方式下稻田应用水肥一体化技术的效益。结果表明，稻田应用水肥一体化技术可有效节水，农田灌溉水有效利用系数可达 0.950.97。在氮肥利用率方面，当施氮量低于一定值时，随着施氮量的增加，氮肥利用率提高；当施氮量过高（270 kg/hm2）时，氮肥利用率降低，会对水稻产量造成不利影响；在施氮量为 189 kg/hm2时，全部肥料作基肥一次性施用，氮肥利用率最大。综合分析成本、产值情况可知，在施氮量为 189 kg/hm2时，产值增加明显，能明显提高水稻收益，如采用全部肥料作基肥一次性施用技术，可进一步提高水稻品质，有利于增加收益。综上，在本试验中，运用水肥一体化技术，施氮量控制为 189 kg/hm2且全部肥料作基肥一次性施用是提高水稻效益的最佳种植模式。关键词水稻；灌溉方式；施肥方式；效益；氮肥利用率；水分利用率中图分类号S511文献标识码A文章编号 1007-5739（2023）07-0009-04DOI：10.3969/j.issn.1007-5739.2023.07.003开放科学（资源服务）标识码（OSID）：水肥一体化是利用灌溉系统向作物提供养分和水分的措施，可达到节水、节肥、省工、高效的目的。水稻是常州市第一大粮食作物，是全市最重要的口粮作物，也是用水量最大的作物，传统沟灌方式造成了大量的水资源浪费，水肥一体化技术作为重要的节水灌溉技术，其应用对于确保常州市粮食生产的可持续发展和提高水资源利用率十分必要。我国化肥利用率偏低。据统计，2019 年江苏省主要农作物化肥利用率为 40%左右，与欧美发达国家的平均利用率（60%70%）有较大差距1。自 2004 年以来，我国为追求粮食产量而盲目施肥、滥用化肥，造成耕地地力下降、土壤酸化、面源污染加重等一系列问题2，耕地质量的下降又反作用影响作物吸收利用养分的能力，从而进一步导致化肥利用率降低，形成恶性循环，已严重制约粮食生产的可持续发展。运用水肥一体化技术可有效提高水肥利用率3。以色列水肥一体化技术开发应用处于领先水平，采用水肥一体化技术能够使水分利用率提高 40%60%，肥料利用率提高 30%50%4，目前该国采用水肥一体化技术灌溉的土地面积已达到 75%80%，水肥利用率高达 95%。我国水肥一体化技术推广和应用水平相对落后，但是近年来发展迅速，已逐步由棉花、果树、蔬菜等经济作物扩展到小麦、玉米、马铃薯等粮食作物。在实际生产中，大田粮食作物以小麦应用水肥一体化技术较多5-7。目前在黑龙江、江苏和广东等省的个别地区有关水肥一体化技术在水稻上的应用研究已有开展，主要是关于水肥一体化技术的设施设备安装、肥料选择、产量影响等的研究8-10，而较为全面地分析施肥方式对稻田水肥一体化技术应用效益影响的研究缺乏。本研究通过比较不同灌溉和施肥方式对水稻水分利用率、氮肥利用率、稻米品质和经济效益的影响，分析不同施肥方式下稻田应用水肥一体化技术的效益，提出提高稻田应用水肥一体化技术效益的种植模基金项目科技支撑计划（农业）（前资助）项目“机插稻智能水肥一体化节水减肥栽培技术研究”（CE20202034）；江苏现代农业产业技术体系建设项目（JATS2021 091）。作者简介 李宇光（1978），男，江苏常州人，高级农艺师，从事农作物新品种新技术的引进、应用与推广工作。收稿日期 2022-08-03现代农业科技2023 年第 7 期农艺学9现代农业科技2023 年第 7 期农艺学式，弥补了当前研究的不足，以期为稻田大面积应用水肥一体化技术提供参考。1材料与方法1.1试验地概况试验在江苏省常州市武进区洛阳镇金种子农业服务专业合作社进行。试验田总面积 66 667 m2，格田小区面积为 3 3334 000 m2，前茬作物为小麦，小麦秸秆全量还田，土地平整，肥力中等，耕层养分状况为：pH 值 6.8，有机质 34.34 g/kg，全氮 1.25 g/kg，有效磷26.64 mg/kg，速效钾 220.80 mg/kg。1.2供试材料供试水稻品种为优质食味水稻品种南粳 46。供试肥料为配方肥（15-15-15）、尿素。1.3试验设计试验设 6 个处理，分别为传统沟灌常规施肥+基肥与蘖肥比例为 7 3（T1，纯氮量 270 kg/hm2）、水肥一体化常规施肥+基肥与蘖肥比例为 7 3（T2，纯氮量270 kg/hm2）、水肥一体化减氮 30%+基肥与蘖肥比例为 10 0（T3，纯氮量 189 kg/hm2）、水肥一体化减氮 30%+基肥与蘖肥比例为 7 3（T4，纯氮量 189 kg/hm2）、水肥一体化减氮 50%+基肥与蘖肥比例为 7 3（T5，纯氮量135 kg/hm2）、水肥一体化不施肥作对照（CK）。具体各处理灌溉方式及施肥方式见表 1。传统沟灌和水肥一体化节水灌溉的水浆管理一致：活棵期，灌水深度 23 cm；表 1各处理灌溉方式及施肥方式设计处理T1T2T3T4T5CK灌溉方式传统沟灌水肥一体化水肥一体化水肥一体化水肥一体化水肥一体化总施氮量/（kghm-2）2702701891891350基肥与蘖肥比例7 37 310 07 37 3基肥/（kghm-2）配方肥（15-15-15）7507505255253750尿素165.0165.0240.0115.582.50分蘖肥（尿素）/（kghm-2）177.0177.00124.588.50注：CK 为无肥对照区，仅用于氮肥利用率的测定。栽后 710 d 内，脱水露田 23 次，每次 12 d，促进扎根立苗；分蘖期，灌水深度 35 cm，自然落干后再灌新水，如此反复；田间总茎蘖数达到 285 万300 万个/hm2时，脱水轻搁田 34 次，搁至田中不陷脚、田边有裂缝、叶色褪淡；拔节至孕穗期灌水深度 23 cm，自然落干后再灌新水；孕穗至抽穗扬花期建立 35 cm 的水层。1.4测定内容与方法1.4.1水分利用效率。比较 2 种灌溉方式的水分利用效率，以农田灌溉水有效利用系数作为评价指标。农田灌溉水有效利用系数计算公式如下：=W净/W毛W净=0.667（h2-h1）15A式中：为灌区灌溉水有效利用系数；W净为灌区净灌溉用水总量（m3）；W毛为灌区从水源取用的灌溉总水量，即灌区毛灌溉用水总量（m3）；h1为某次灌水前典型田块田面水深（mm）；h2为某次灌水后典型田块田面水深（mm）；A 为灌区实灌面积（hm2）。1.4.2氮肥利用率。检测土壤养分情况、植株养分含量、肥料投入等情况。肥料利用率（RE）计算公式如下：RE=（U-U0）/F式中：U 为施肥条件下作物收获期地上部总吸收养分量（kg/hm2）；U0为没有施肥时作物收获期地上部总吸收养分量（kg/hm2）；F 为肥料的投入量（kg/hm2）。1.4.3稻米品质。将成熟稻谷收获脱粒后放置于干燥通风处，使水分含量在 13%1%范围内，称取饱满稻谷样品 500 g 送至检测机构，测定稻米的加工品质、外观品质、营养品质等指标。1.4.4效益分析。详细调查记载每个处理的生产成本投入、产出等情况，分析不同处理的收益。2结果与分析2.1不同灌溉方式对水分利用效率的影响从表 2 可以看出，水肥一体化灌溉方式用水量受田块面积影响较小，单次灌溉用水量一般为 412.5420.0 m3/hm2，相较传统灌溉，有效节水 72.8%73.3%，表 2不同灌溉方式农田灌溉水有效利用系数灌溉方式水肥一体化重复 1水肥一体化重复 2传统沟灌面积/hm24.672.003.00灌溉深度/cm444用水量/（m3hm-2）412.5420.01 545.0W净/m31 867.6800.41 200.6W毛/m31 925.0840.04 635.00.970.950.2610农田灌溉水有效利用系数达 0.950.97，较传统沟溉提高了 0.690.71。分析其主要原因有 2 个方面：一是传统灌溉利用水渠输水，水渠容水量远大于管道灌溉，损耗较大；二是水肥一体化灌溉，可以做到精准灌溉，达到目标液位高度可以停止灌溉，减少了水资源浪费。2.2不同灌溉和施肥方式对氮肥利用率的影响2.2.1不同灌溉方式对氮肥利用率的影响。在施氮量为 270 kg/hm2时，相比传统沟灌方式，水肥一体化灌溉方式氮肥利用率明显提高。由表 3 可知，处理 T2较处理 T1氮肥利用率高 13.64 个百分点。2.2.2不同施肥方式对氮肥利用率的影响。通过比较处理 T2、处理 T4和处理 T5可以看出，水肥一体化条件下，当施氮量为 189 kg/hm2时，氮肥利用率最高，为45.11%（表 4）。已有研究表明，增加施氮量能够显著地提高水稻产量，但是氮素利用效率随着施氮量的增加而降低。本研究发现，当施氮量从 135 kg/hm2增加表 3不同灌溉方式氮肥利用率处理T1T2CK氮肥用量/（kghm-2）2702700稻谷产量/（kghm-2）9 30010 8006 450籽粒含氮量/%1.3001.4311.031秸秆产量/（kghm-2）9 57010 8155 730秸秆含氮量/%0.4830.4570.419地上部分肥料吸收量/（kghm-2）167.12203.9790.51氮肥利用率/%28.3842.02表 4不同施肥方式氮肥利用率处理T2T3T4T5CK氮肥用量/（kghm-2）2701891891350稻谷产量/（kghm-2）10 80011 32510 9209 9006 450籽粒含氮量/%1.4311.2021.2011.0401.031秸秆产量/（kghm-2）10 81511 40011 0709 3005 730秸秆含氮量/%0.4570.4020.4030.4070.419地上部分肥料吸收量/（kghm-2）203.97181.95175.76140.8190.51氮肥利用率/%42.0248.3845.1137.26到 189 kg/hm2时，产量达最大值，且氮肥利用率提高7.85 个百分点，与已有研究结果一致；但是当施氮量从189 kg/hm2增加到 270 kg/hm2时，氮肥利用率和产量反而下降，说明在水肥一体化条件下，氮肥施用量超过一定值时，不利于氮肥利用率的提高。通过比较处理 T3和处理 T4可知，不同基肥与蘖肥比例对氮肥利用率有一定影响，在施氮量为 189 kg/hm2条件下，全部肥料作基肥一次性施用可提高氮肥利用率，相较处理 T4提高 3.27 个百分点。2.3不同灌溉和施肥方式对水稻品质的影响通过比较处理 T1和处理 T2可知，当水稻施氮量为 270 kg/hm2时，运用水肥一体化技术，稻米品质整体下降，其中加工品质糙米率和整精米率分别下降0.3、2.4 个百分点；在外观品质中，垩白粒率降低，但是垩白度增加；营养品质蛋白质含量下降 0.14 g/100 g。通过比较处理 T2、处理 T4和处理 T5可知，处理 T5加工品质较好，糙米率分别较处理 T2和处理 T4高0.2 个百分点和 1.3 个百分点，整精米率分别高 2.6 个百分点和 4.3 个百分点。外观品质处理 T4较差，垩白粒率为 5%，垩白度为 0.4%（表 5）。营养品质处理 T4较好，蛋白质含量分别较处理 T2和处理 T5高 0.09 g/100 g和 0.27 g/100 g。在本试验中，水肥一体化条件下，不同施氮量对稻米各项品质指标的影响不同。从水稻效益角度分析，外观品质对水稻售价影响较大，当施表 5不同灌溉和施肥方式对水稻品质的影响处理T1T2T3T4T5糙米率/%84.183.88